JP2006228277A - 半導体記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サイクリング回数ごとの２値の信頼性実力差に相関がない場合、ワースト条件を考慮して過剰なマージン設定となるのを防止し、半導体装置の信頼性の向上をはかる。
【解決手段】 書き換え状態をモニタするための回路と、書き換え状態のモニタ結果により、書き換え回数に最適な読み出し条件に変更する回路により、データ“０”、データ“１”の両方の信頼性マージンもしくは一方の信頼性マージンを最適化することで、高信頼性、高書き換え回数を実現する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半導体記憶装置に係り、特に書き換え状態のモニタ結果により、書き換え回数に最適な読み出し条件に変更する手段を有する、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置を備えた半導体記憶装置に関する。

近年、ユビキタス・コンピューティングをテーマに、携帯電話や家電などネットワークに接続されるあらゆる機器のインテリジェント化が進められている。このような状況の中で、パソコンのように、電源を投入してからハードディスクのプログラムをメインメモリにロードし、それからアプリケーションを実行する、という時代から、当然ながら電源ONとともにアプリケーションが起動するという時代への要求が高まっている。
読み書き可能なメモリとして、最も標準的に利用されているのは、SRAM、DRAM、フラッシュメモリである。SRAMは高集積化が困難であるため大容量メモリとしては不向きであるが、その高速性を活かしてキャッシュメモリなどに用いられているのに対して、DRAMはリフレッシュ動作が必要なためアクセス速度は低いものの、大容量という特性を活かしてパソコンのメインメモリなどに採用されている。そしてフラッシュメモリはハードディスクと同様に、不揮発性(電気的な記憶の保持が不要)という特性を活かし、比較的小容量のデータの保存に用いられている。

このような各メモリの棲み分けを超えて、現在はこれらSRAM、DRAM、フラッシュメモリのそれぞれの利点を併せ持つユニバーサルメモリが求められている。
ユニバーサルメモリに要求される条件としては次のものが挙げられる。
・SRAM並みの高速アクセス(書き込み／読み出し)
・DRAM並みの高集積化(大容量化)
・フラッシュメモリと同様の不揮発性
・小型の電池駆動に耐えうる低消費電力

このユニバーサルメモリと呼ばれる次世代の不揮発性メモリには、MRAM（Magnetic RAM）、FeRAM（Feroelectric RAM）、OUM（Ovonics Unified Memory）等がある。このような次世代の不揮発性メモリが実現すれば、携帯電話や各種電子機器の小型高機能化をはかることができるだけでなく、パソコンも電源ONとともに即アプリケーションの実行が再開できる環境が提供されるようになる。

このような次世代モデルを目指して、例えば、複数のメモリ領域それぞれに格納データを格納しておき、外部から検索データが入力され、入力された検索データに対応する格納データが格納されたメモリ領域のアドレスを検索する連想メモリが提案されている（特許文献１）。このようなメモリにおいては、読み出し／書き込み／消去という基本動作の繰り返しが誤動作なしに高速で効率よく実行されることが必要となる。このためメモリの設計においては、動作範囲の設計が極めて重要な問題となる。

従来、フラッシュメモリのような電気的に書き換え可能な不揮発性メモリにおいては、動作範囲の設計に際し、メモリセルの閾値レベルは、固定された読み出し／書き込み／消去のレベルという概念に基づいて、データ“０”、データ“１”に対してそれぞれ必要な信頼性マージン、回路マージンなどを確保したうえで、最適な動作点となるように設計されていた。ここで信頼性マージンとは、保証ワースト回数／温度でのしきい値電圧の劣化である信頼性実力に対して必要なマージンである。ここで信頼性実力とはその回路のもつ信頼性の実力値（度合い）をいうものとする。

特開２００１−２３３８４号公報（第二図）

しかしながらこのようなメモリにおいて、信頼性マージンを一定量確保する場合、ワースト条件を考慮して書き込み／消去側のマージンを取らなければならなかった。

不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの信頼性が書き込み／消去側の双方において、同じサイクリング回数でワースト条件を持つ場合は問題はない。しかしながら、不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの信頼性実力が書き込み／消去側に対して異なるサイクリング回数でワースト条件を持つ場合、ワースト条件を考慮して書き込み／消去側のマージンを取らなければならないため、サイクルウィンドウが大きくなりデバイスに過剰な実力を要求するという問題があった。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、信頼性が高く、高書き換え回数を有する電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置は、書き換え状態をモニタするための回路と、書き換え状態のモニタ結果により、書き換え回数に最適な読み出し条件を調整する回路とを有する。
上記構成によれば、データ“０”、データ“１”の両方の信頼性マージンもしくは一方の信頼性マージンを最適化することができ、信頼性が高く、書き換え回数の高い電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置を実現することが可能になる。

すなわち本発明の半導体記憶装置は、書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置と、前記不揮発性半導体記憶装置の書き換え後のデータの閾値電圧を測定する測定手段と、前記測定手段から得られた、書き換え状態の測定結果により書き換え回数に対応する読み出し条件となるように調整する手段とを有する。
この構成により、書き換え状態を考慮して読み出し条件を設定するようにしているため、不要に大きいマージンをとるようなこともなく、すぐれた不揮発性半導体記憶装置を提供することが可能となる。

また、本発明の半導体記憶装置は、前記不揮発性半導体記憶装置の書き換え回数をカウントするカウンタ回路を具備し、前記測定手段から得られる閾値電圧をカウンタ回路による書き換え回数に対応してモニタするようにしたものを含む。
この構成により、書き換え回数に応じてモニタすることにより、簡単に書き換え状態をモニタすることができる。

また、本発明の半導体記憶装置は、前記書き換え状態が、前記不揮発性半導体記憶装置の書き換え特性をモニタすることによって得られるものを含む。
この構成によれば、より簡単にモニタすることが可能となる。

また、本発明の半導体記憶装置は、前記書き換え状態が、前記不揮発性半導体記憶装置のデータ保持特性をモニタすることによって得られるものを含む。

また、本発明の半導体記憶装置は、別領域に書き換え回数参照用の電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置を具備し、前記書き換え回数参照用の不揮発性半導体記憶装置をデータ領域の書き換えと共に書き換えるようにしたものを含む。

また、本発明の半導体記憶装置は、前記書き換え状態が、データ領域読み出し直前までの不揮発性半導体記憶装置のデータ保持特性をモニタすることによって得られるようにしたものを含む。

また、本発明の半導体記憶装置は、前記書き換え状態が、不揮発性半導体記憶装置を書き換えた後一定時間後のデータ保持特性をモニタすることによって得られるようにしたものを含む。

また、本発明の半導体記憶装置は、前記データ保持特性が、データ“０”、データ“１”両方に対してデータ保持特性をモニタすることによって得られるようにしたものを含む。
この構成によれば、より高精度のデータ保持特性を得ることができるため、信頼性の高い半導体記憶装置を提供することが可能となる。

また、本発明の半導体記憶装置は、前記データ保持特性が、データ“０”、データ“１”のうち、データ保持特性が支配的な方に対してのみ、モニタされるようにしたようにしたものを含む。
この構成によれば、支配的なデータのみをモニタするようにすることにより、データ処理の簡略化を図ることができる。

また、本発明の半導体記憶装置は、前記データ保持特性が、データ“０”、データ“１”のうち、データ保持特性が支配的でない方に対してのみ、モニタされるようにしたようにしたものを含む。
この構成によれば、支配的でない方に対してのみモニタし、通常はデータ保持特性を考慮せず、ある閾値を超えたときのみデータ保持特性を考慮するようにすれば、信頼性を低下させることなく処理の簡略化を図ることが可能となる。

また、本発明の半導体記憶装置は、検査時のデータ保持特性を読み出し条件に反映させるようにしたものを含む。

また、本発明の半導体記憶装置は、検査時の書き換え特性をチップ内に記憶し、前記不揮発性半導体記憶装置の書き換え実行時に、前記チップ内に記憶された特性との差分を、読み出し条件に反映させるようにしたものを含む。

また、本発明の半導体記憶装置は、前記不揮発性半導体記憶装置はフラッシュメモリであるものを含む。

また、本発明の半導体記憶装置は、前記不揮発性半導体記憶装置が強誘電体メモリ（FeRAM）であるものを含む。

本発明は読み出し時のレベルを書き換えと共に変化させることで、デバイスに必要な信頼性マージンを書き換え回数方向に最適化でき、高信頼性、高書き換え回数を有する、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置を実現するものである。

以下、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態１における電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置の構成を示す図である。この不揮発性半導体記憶装置は、図１にその構成を示すように、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター１ａ、１ｂと、セクターごとの書き換え回数をカウントするカウンタ回路２ａ、２ｂと、メモリセルアレイセクター１ａ、１ｂの書き込み／読み出しにおける閾値電圧を調整するためのトリミング（Trimming）情報を格納するTrimming情報格納領域３ａ、３ｂと、メモリセルアレイセクター１ａ、１ｂのそれぞれを駆動する駆動手段としてのワードライン（WL）ドライバー４ａ、４ｂと、あらかじめ測定した測定データに基づき閾値電圧をTrimming情報５として決定して格納するTrimming情報テーブル領域５とを備え、この閾値電圧を書き換え回数に基づき書き換えるようにしたものである。ここで、Trimming情報格納領域３ａ、３ｂも電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置から構成される。

以上の様に構成された実施の形態１の電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置の動作について説明する。
まず、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター１ａの書き換え動作について説明する。電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター１ａの書き換え後、カウンタ回路２ａに書き換え回数をインクリメントして記憶させる。その後、カウンタ回路２ａとTrimming情報テーブル領域５から電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター１ａのゲート電圧を書き換え回数に応じた最適なゲート電圧に設定するTrimming情報がTrimming情報格納領域３aに格納され、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター１ａの書き換え動作が終了する。

次に電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター１ａの読み出しについて説明する。
Trimming情報格納領域３aの情報から、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター１ａの読み出し時のゲート電圧が書き換え回数に応じた最適なゲート電圧に設定され、WLドライバー４ａにより電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター１ａに供給され、読み出しが行われる。

書き換え回数に応じた最適なゲート電圧は、例えば図２に示すように書き換え回数方向のデータ“１”２１ｂとデータ“０”２１aの信頼性マージンに対して、中間の値２２になるように設定する。このようにすることで従来の方法に比べ、データ“１”２１ｂとデータ“０”２１aに対してより最適な信頼性マージンを取ることが可能になる。また、信頼性マージンの増加分を書き換え回数の向上に振り分けることも可能である。
また電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター１ｂの書き換え／読み出しも上記と同様にしてセクター単位で実施される。

以上のように本実施の形態によれば、書き換え回数に応じた最適なゲート電圧を与えることにより、従来の方法に比べ信頼性マージンを最適化することができ、不揮発性半導体記憶装置のメモリセルに対して更なる信頼性または書き換え回数の実力向上を実現することが可能になる。

次に本発明の実施の形態２について説明する。
実施の形態２における電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置は、実施の形態１において、検査時のデータ保持特性から、そのチップに最適なTrimming情報テーブル領域５の内容を検査時に直接書き換え１６、反映させることを特徴とする。

データ保持特性はチップによってばらつきを持っているため、検査時のデータ保持特性に応じてTrimming情報テーブル領域５を変更することで、チップばらつきを吸収することができ、精度を向上させ、過剰なマージンを削減することが可能になる。

以上のように本実施の形態によれば、検査時のデータ保持特性をTrimming情報テーブル領域５に反映させることで、チップ毎の信頼性ばらつきを吸収することができ、更なる信頼性マージンの拡大が可能になる。

次に本発明の実施の形態３について、図３を参照しながら説明する。
図３は本発明の実施の形態３における電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置の構成を示すものである。この不揮発性半導体記憶装置は、実施の形態１におけるカウンタ２ａ、２ｂに代えて、書き換え特性取得回路３２ａ、３２ｂを接続したことを特徴とするものである。図３において、３１ａ、３１ｂは電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター、３２ａ、３２ｂは書き換え特性取得回路、３３ａ、３３ｂはTrimming情報格納領域、３４ａ、３４ｂはWLドライバー、３５はTrimming情報テーブル領域である。この場合、Trimming情報格納領域３３ａ、３３ｂとも電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置から構成される。

以上の様に構成された実施の形態３の電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置の動作について説明する。

まず、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター３１ａの書き換え動作について説明する。電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター３１ａの書き換え後、書き換え特性取得回路３２ａは電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター３１ａの書き換え特性を取得する。その後、書き換え特性取得回路３２ａとTrimming情報テーブル領域５から電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター３１ａのゲート電圧を書き換え回数に応じた最適なゲート電圧に設定するTrimming情報がTrimming情報格納領域３３aに格納され、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター３１ａの書き換え動作が終了する。

次に電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター３１ａの読み出しについて説明する。Trimming情報格納領域３３aの情報から、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター３１ａの読み出し時のゲート電圧が書き換え回数に応じた最適なゲート電圧に設定され、WLドライバー３４ａにより電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター３１ａに供給され、読み出しが行われる。

また電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター３１ｂの書き換え／読み出しも上記と同様にセクター単位で実施される。
書き換え特性と信頼性との相関が強い場合、カウンタ回路を用いた書き換え回数自体を反映させる以上にデバイス自体の書き換え特性を反映させる方がよりマージンを拡大させることが可能になる。

以上のように、書き換え特性に応じた最適なゲート電圧を設定することにより、従来の方法に比べ更なる信頼性マージンの拡大ができ、電気的に書き換え可能な半導体記憶装置のメモリセルに対して更なる信頼性実力または書き換え回数の向上を実現することが可能になる。

次に本発明の実施の形態４について図３を参照しながら説明する。
実施の形態４における電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置は、実施の形態３において、検査時の書き換え特性から、そのチップに最適なTrimming情報テーブル領域３５の内容を検査時に直接書き換え、反映させることを特徴とする。

書き換え特性と信頼性との相関が強い場合、デバイスによっては、初期状態からの書き換え特性の差分と信頼性との相関の方がより強い相関を持つ場合がある。そのような場合、検査時の書き換え特性をTrimming情報テーブル領域３５に反映させることで、初期状態からの書き換え特性の差分と信頼性との相関から書き換え特性に応じた最適なゲート電圧を与えることができ、チップばらつきを吸収することが可能になる。
以上のように本実施の形態によれば、検査時の書き換え特性をTrimming情報テーブル領域３５に反映させることで、チップ毎の信頼性ばらつきを吸収することができ、更なる信頼性マージンの拡大が可能になる。

次に本発明の実施の形態５について図４を参照しながら説明する。
図４は本発明の実施の形態５における電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置の構成を示すものである。この不揮発性半導体記憶装置は、実施の形態１におけるカウンタ２ａ、２ｂに代えて、データ保持特性取得回路４２ａ、４２ｂを接続したことを特徴とするものである。ここでデータ保持特性取得回路４２ａ、４２ｂは、データ“１”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４７ａ、４７ｂ、データ“０”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４６ａ、４６ｂを保持している。図４において、４１ａ、４１ｂは電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター、４２ａ、４２ｂはデータ保持特性取得回路、４３ａ、４３ｂはTrimming情報格納領域、４４ａ、４４ｂはWLドライバー、４５はTrimming情報テーブル領域、４６ａ、４６ｂはデータ“０”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル、４７ａ、４７ｂはデータ“１”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセルである。この場合データ“０”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４６ａ、４６ｂ及びデータ“１”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４７ａ、４７ｂも電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置から構成される。
以上の様に構成された第５の実施の形態の電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置の動作について説明する。

まず、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ａの書き換え動作について説明する。電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ａの書き換え後、データ“０”用データ保持参照用半導体記憶装置のセル４６ａをデータ“０”に、データ“１”用データ保持参照用半導体記憶装置のセル４７ａをデータ“１”に書き換え、書き換え動作が終了する。

次に電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ａの読み出しについて説明する。まずデータ“０”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４６ａ及びデータ“１”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４７ａの閾値測定（以下、Ｖｔ Search）を行い、書き換え後から読み出し直前までのデータ“０”及びデータ“１”のデータ保持特性をデータ保持特性取得回路４２ａにより取得する。その後、データ保持特性取得回路４２ａとTrimming情報テーブル領域４５から電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ａのゲート電圧を書き換え回数に応じた最適なゲート電圧に設定するTrimming情報がTrimming情報格納領域４３aに格納され、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ａの読み出し時のゲート電圧が書き換え回数に応じた最適なゲート電圧に設定され、WLドライバー４４ａにより電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ａに供給され、読み出しが行われる。

また電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ｂの書き換え／読み出しも上記と同様にセクター単位で実施される。

読み出し直前までのデータ保持特性そのものを電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ａの読み出し時のゲート電圧に反映できるため、モニタの精度向上が可能となる。

以上のように本実施の形態によれば、読み出し直前のデータ保持に応じた最適なゲート電圧を設定することにより、モニタの精度向上が可能となり、従来の方法に比べ更なる信頼性マージンの拡大ができ、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルに対して更なる信頼性実力または書き換え回数の向上を実現することが可能になる。

前記のデータ“０”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４６ａ、データ“１”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４７ａを特に電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ａと別に設けなくとも本発明は実現できる。

次に本発明の第６の実施の形態について図４を参照しながら説明する。
第６の実施の形態における電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置は、第５の実施の形態において、データ“０”及びデータ“１”のデータ保持特性の取得を電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１aの書き換え動作時に行うことを特徴とする。

実施の形態６の電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置の動作について説明する。
データ“０”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４６ａをデータ“０”に書き換え、データ“１”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４７ａをデータ“１”に書き換え、データ“０”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４６ａ及びデータ“１”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４７ａの閾値サーチ（Ｖｔ Search）を行い、書き換え前の閾値を取得する。

その後電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ａの書き換えを再び行い、データ“０”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４６ａ及びデータ“１”用データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４７ａのＶｔ Searchを行い、書き換え後の閾値を取得する。電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ａ書き換え中のデータ“０”及びデータ“１”のデータ保持特性を、データ保持参照用半導体記憶装置のメモリセル４６ａ、４７ａのデータ保持特性取得回路４２ａにより取得し、書き換え前の閾値と書き換え後の閾値の差を取得する。

その後、データ保持特性取得回路４２ａとTrimming情報テーブル領域５から電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター４１ａのゲート電圧を書き換え回数に応じた最適なゲート電圧に設定するTrimming情報がTrimming情報格納領域３３aに格納され、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター３１ａの読み出し時のゲート電圧が書き換え回数に応じた最適なゲート電圧に設定され、WLドライバー３４ａにより電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクター３１ａに供給され、読み出しが行われる。

書き換え時におけるデータ保持特性からゲート電圧を決定しているため、読み出し前にデータ保持参照用半導体記憶装置のメモリセルを参照するようなオーバーヘッド時間を発生させることなく、データ保持特性を電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイセクターの読み出し時のゲート電圧に反映でき、更なる信頼性マージンの拡大ができ、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のメモリセルに対して更なる信頼性実力または書き換え回数の向上を実現することが可能になる。

参照するデータと設定するゲート電圧について図５、図６、図７を用いて説明する。図５、図６、図７は、書き換え回数と各データの変動を示す図であり、５０ａがデータ“０”のベリファイレベル、５０ｂがデータ“１”のベリファイレベルであり、５１ａがデータ“０”の書き換え回数に伴うデータ保持特性、５１ｂがデータ“１”の書き換え回数に伴うデータ保持特性、５２、５３、５４が設定されるゲート電圧である。

実施の形態５、実施の形態６において、参照するデータ保持参照用半導体記憶装置のメモリセルを特に、図５に例を示すように、データ“０”の特性５１ａ、データ“１”の特性５１ｂの両方とすることで、データ“０”と“１”の両方に対して適切なマージンを設定し最適なゲート電圧５２を設定することが可能となる。

また、データ保持特性がデータ“０”または、データ“１”のどちらか一方がより支配的に書き換え回数によって大きく変動する場合、モニタするデータはデータ“０”または、データ“１”のどちらか一方で十分である。これにより両データをモニタする場合の半分の時間で本発明の実現が可能となる。

図６に示す例の場合、データ保持特性が書き換え回数によって、より支配的に変化するデータ側であるデータ“０”の特性６１ａのみをモニタすることで、両データをモニタする場合の半分の時間で、その支配的に変化するデータの変動に追従した適切なマージンを設定し、最適なゲート電圧６３を設定することが可能となる。

また逆に、図７に示す例の場合、データ保持特性が書き換え回数によってより支配的に変化するデータとは逆のデータであるデータ“１”の特性７１ｂのみをモニタすることで、データ“１”側の変動に追従した適切なマージンを設定し最適なゲート電圧７４を設定することが可能となる。この時、より支配的に書き換え回数によって大きく変動するデータ保持特性に対して、より多くのマージンを取ることが可能となり更なる信頼性向上が見込める。以上により、両データをモニタする場合の半分の時間で、更なる信頼性または書き換え回数の向上を実現することが可能になる。

書き換え状態をモニタする回路と、書き換え状態のモニタ結果により書き換え回数に対応する読み出し条件に変更する回路を有する、本発明の電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置は、この構成によって、データ“０”、データ“１”の両方の信頼性マージンもしくは一方の信頼性マージンを最適化ができ、高信頼性実力、高書き換え回数を持つ電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置を実現することが可能になる。

本発明の半導体記憶装置は、読み出し時のレベルを書き換えと共に変化させることで、デバイスに必要な信頼性マージンを書き換え回数方向に最適化でき、高信頼性、高書き換え回数を有する、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置を具備した半導体記憶装置を実現するものであることから、フラッシュメモリのみならず、MRAM、FeRAM、OUMなどにも適用可能である。

実施の形態１における電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置 実施の形態２における電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置のゲート電圧設定方法 実施の形態３，４における電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置 実施の形態５，６における電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置 両データに最適なゲート電圧の設定方法 データ“０”に追従させた最適なゲート電圧の設定方法 データ“１”に追従させた最適なゲート電圧の設定方法

符号の説明

１ａ、１ｂ メモリセルアレイセクター
２ａ、２ｂ カウンタ回路
３ａ、３ｂ Trimming情報格納領域
４ａ、４ｂ ワードライン（WL）ドライバー
５ Trimming情報テーブル領域
３１ａ、３１ｂ メモリセルアレイセクター
３２ａ、３２ｂ 書き換え特性取得回路
３３ａ、３３ｂ Trimming情報格納領域
３４ａ、３４ｂ WLドライバー
３５ Trimming情報テーブル領域
４２ａ、４２ｂ データ保持特性取得回路
４７ａ、４７ｂ メモリセル
４６ａ、４６ｂ メモリセル
４１ａ、４１ｂ メモリセルアレイセクター
４３ａ、４３ｂ Trimming情報格納領域
４４ａ、４４ｂ WLドライバー
４５ Trimming情報テーブル領域

Claims (14)

1. 書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置と、
   前記不揮発性半導体記憶装置の書き換え後のデータの閾値電圧を測定する測定手段と、
   前記測定手段から得られた、書き換え状態の測定結果により書き換え回数に対応する読み出し条件となるように調整する手段とを有する電気的に書き換え可能な半導体記憶装置。
2. 請求項１記載の半導体記憶装置であって、
   前記不揮発性半導体記憶装置の書き換え回数をカウントするカウンタ回路を具備し、
   前記測定手段から得られる閾値電圧をカウンタ回路による書き換え回数に対応してモニタするようにした半導体記憶装置。
3. 請求項１記載の半導体記憶装置であって、
   前記書き換え状態は、前記不揮発性半導体記憶装置の書き換え特性をモニタすることによって得られる半導体記憶装置。
4. 請求項１記載の半導体記憶装置であって、
   前記書き換え状態は、前記不揮発性半導体記憶装置のデータ保持特性をモニタすることによって得られる半導体記憶装置。
5. 請求項４記載の半導体記憶装置であって、
   さらに、別領域に書き換え回数参照用の電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置を具備し、
   前記書き換え回数参照用の不揮発性半導体記憶装置をデータ領域の書き換えと共に書き換えるようにした半導体記憶装置。
6. 請求項４記載の半導体記憶装置であって、
   前記書き換え状態は、データ領域読み出し直前までの不揮発性半導体記憶装置のデータ保持特性をモニタすることによって得られる電気的に書き換え可能な半導体記憶装置。
7. 請求項４記載の半導体記憶装置であって、
   前記書き換え状態は、不揮発性半導体記憶装置を書き換えた後一定時間後のデータ保持特性をモニタすることによって得られる電気的に書き換え可能な半導体記憶装置。
8. 請求項４記載の半導体記憶装置であって、
   前記データ保持特性は、データ“０”、データ“１”両方に対してデータ保持特性をモニタすることによって得られる電気的に書き換え可能な半導体記憶装置。
9. 請求項４記載の半導体記憶装置であって、
   前記データ保持特性は、データ“０”、データ“１”のうち、データ保持特性が支配的な方に対してのみ、モニタされるようにした電気的に書き換え可能な半導体記憶装置。
10. 請求項４記載の半導体記憶装置であって、
    前記データ保持特性は、データ“０”、データ“１”のうち、データ保持特性が支配的でない方に対してのみ、モニタされるようにした電気的に書き換え可能な半導体記憶装置。
11. 請求項２記載の半導体記憶装置において、
    検査時のデータ保持特性を読み出し条件に反映させるようにした電気的に書き換え可能な半導体記憶装置。
12. 請求項３記載の半導体記憶装置において、
    検査時の書き換え特性をチップ内に記憶し、前記不揮発性半導体記憶装置の書き換え実行時に、前記チップ内に記憶された特性との差分を、読み出し条件に反映させるようにした電気的に書き換え可能な半導体記憶装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
    前記不揮発性半導体記憶装置はフラッシュメモリである電気的に書き換え可能な半導体記憶装置。
14. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の半導体記憶装置において、
    前記不揮発性半導体記憶装置は強誘電体メモリ（FeRAM）である電気的に書き換え可能な半導体記憶装置。

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